生物可降解PBST纖維的制備及彈性研究.pdf

1、近年來，彈性纖維（如聚氨酯、聚醚酯、聚烯烴、雙組分復(fù)合卷曲纖維等）的應(yīng)用領(lǐng)域從傳統(tǒng)的織襪、內(nèi)衣、運(yùn)動(dòng)服等拓展到休閑裝、彈力時(shí)裝、高檔成衣等新興領(lǐng)域，并繼續(xù)向汽車裝飾領(lǐng)域、醫(yī)用領(lǐng)域等拓展。彈性纖維的廣泛應(yīng)用提高了人們的生活質(zhì)量，但其廢棄物（彈性纖維多次使用后易彈性失效）因大多不能生物降解而引起環(huán)境污染。因此，開發(fā)研究新型生物可降解彈性纖維則是當(dāng)務(wù)之急。通常的生物可降解纖維為脂肪族聚酯纖維，如聚乳酸(PLA)、聚乙醇酸(PGA)纖維等，但這

2、類纖維普遍存在熱力學(xué)性能較差、物理加工較困難、成本較高等缺點(diǎn)，在紡織領(lǐng)域應(yīng)用較少。而芳香族聚酯纖維，如聚對苯二甲酸丙二醇酯(PTT)、聚對苯二甲酸丁二醇酯(PBT)纖維，既具有良好的物理加工性能，又具有較好的彈性。因此，利用芳香族單元對脂肪族聚酯進(jìn)行共聚反應(yīng)，制成既具有生物降解性能，又具有類似聚氨酯軟硬鏈結(jié)構(gòu)的彈性聚酯纖維，具有十分重要意義。本項(xiàng)目研究對象聚丁二酸一共一對苯二甲酸丁二醇酯(PBST)纖維就是基于此背景下提出并開展相關(guān)工作

3、的。
　　 本文采用高速熔融紡絲紡牽聯(lián)合一步法工藝制備了PBST全牽伸絲，討論了不同紡絲工藝對PBST全牽伸絲的結(jié)構(gòu)和性能的影響;采用預(yù)取向絲(POY)—假捻變形絲(DTY)工藝制備了PBST假捻彈力絲，研究了假捻變形工藝對PBST假捻彈力絲的結(jié)構(gòu)與性能的影響;對PBST全牽伸絲進(jìn)行了熱定型處理，研究了熱定型工藝對PBST全牽伸絲結(jié)構(gòu)和性能的影響，為PBST纖維的后續(xù)加工和處理提供理論依據(jù)。
　　 首先，采用高速熔融紡絲

4、紡牽聯(lián)合一步法紡制了PBST全牽伸絲，研究并優(yōu)化了PBST全牽伸絲的紡絲工藝。研究結(jié)果表明，PBST共聚酯紡絲適宜溫度為240-260℃，PBST纖維的拉伸性能和彈性回復(fù)性能隨紡絲速度、牽伸倍率、定型溫度的增加而提高，同時(shí)纖維的沸水收縮性能等也得到改善。另外，PBST絲條最佳的冷卻條件為側(cè)吹風(fēng)溫度24-26℃，風(fēng)速0.4-0.6m/s，濕度65-70％。選用日本竹本F-1048紡絲油劑，發(fā)現(xiàn)絲束抱合效果很好，基本無毛絲現(xiàn)象發(fā)生，而且卷繞

5、成形效果很好。
　　 其次，采用了預(yù)取向絲(POY)—假捻變形絲(DTY)工藝紡制了PBST彈力絲。研究結(jié)果表明，PBST假捻變形絲的拉伸曲線在整個(gè)拉伸過程中呈線性變化，類似彈簧，且隨牽伸倍率DR的增加，PBST纖維結(jié)晶度和晶區(qū)取向度增加，斷裂強(qiáng)度亦增大，斷裂伸長率相應(yīng)降低，沸水收縮率增加;當(dāng)牽伸倍率為1.22，變形溫度為190℃，定型溫度為160℃，卷繞速度與加捻速度比(D/Y比)為2.0時(shí)，PBST纖維卷曲較大，外觀豐滿。<

6、br>　　 再次，采用熱定型工藝對PBST全牽伸絲進(jìn)行了處理。研究結(jié)果表明，松弛、定長干熱定型對PBST纖維的處理是瞬時(shí)的。相比于定型時(shí)間，定型溫度才是熱定型工藝中更重要的參數(shù)。經(jīng)過松弛、定長熱定型后PBST纖維的彈性回復(fù)率明顯下降，在相同定型溫度與時(shí)間下，松弛熱定型處理后PBST纖維較定長熱定型具有更低的彈性回復(fù)率。這說明高速熔融紡絲紡制的PBST全牽伸絲，其結(jié)構(gòu)已較為規(guī)整，在熱定型處理過程中，在結(jié)晶和解取向兩種相反的作用之間，解取

7、向更占優(yōu)勢，從而導(dǎo)致了纖維的彈性回復(fù)率下降。
　　 最后比較了PBST纖維與其他類別纖維的拉伸性能。研究結(jié)果表明，PBST纖維和PBT纖維的拉伸曲線非常相似，但相比PBT纖維，PBST纖維有更高的斷裂伸長率和斷裂強(qiáng)度;研究了PBST纖維的拉伸回彈性能，發(fā)現(xiàn)應(yīng)變速率、重復(fù)拉伸次數(shù)和伸長率等測試條件都會(huì)影響PBST纖維的拉伸回彈性能，且PBST纖維彈性十分優(yōu)異，即使在20％伸長率條件下，重復(fù)拉伸5次，仍能保持88％以上的彈性回復(fù)率;

8、為了更直觀的描述PBST纖維的應(yīng)力松弛和蠕變行為，建立了粘彈性力學(xué)模型以分析PBST纖維的粘彈性本質(zhì)，結(jié)果表明模擬效果很好，相關(guān)系數(shù)可達(dá)0.98以上;通過對PBST纖維的拉伸過程中晶型轉(zhuǎn)變的研究，較好地解釋了PBST纖維的拉伸彈性回復(fù)機(jī)理。PBST纖維在拉伸過程中也存在類似于PBT纖維的晶型轉(zhuǎn)變，即α晶型向β晶型轉(zhuǎn)變。與PBT纖維相比較，PBST纖維晶型轉(zhuǎn)變的臨界伸長率較大，當(dāng)伸長率達(dá)25％時(shí)，仍然存在α晶型，這賦予纖維具有更好的拉伸回